Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние и основные тенденции развития производства продуктов функционального назначения 10
1.1 Пищевой статус населения России и значении функционального питания в его коррекции 10
1.2 Качество зерна и его роль в технологии хлеб функционального назначения 25
1.3 Эволюция развития, биологическая и пищевая ценность тритикале з2
1.4 Пектин - функционально активный компонент пищи 45
1.5 Функциональные биологически активные добавки из растительного сырья 52
2 Методическая часть
2.1 Объекты, схема и методы исследования 60
2.2 Методика математического планирования эксперимента и обработка опытных данных 66
3 Научное обоснование формирования высококачественного зерна повышенной биологической ценности 75
3.1 Оценка качества зерна коллекционных сортообразцов по показателям, характеризующим биологическую ценность 75
3.2 Взаимосвязи признаков качества зерна и их информативность 79
3.3 Прогнозирование хлебопекарных свойств зерна методом путевого анализа 90
3.4 Экологическая пластичность сортов озимой мягкой пшеницы селекции КНИИСХ по качеству зерна 101
3.5 Практическая реализация системы поэтапной оценки качества зерна 105
4 Разработка технологии хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы
4.1 Технологическая и биохимическая оценка качества зерна высокобелковых сортов пшеницы 116
4.1.1 Исследование белково-протеиназного комплекса новых сортов пшеницы с высоким содержанием белка 116
4.1.2 Особенности углеводно-амилазного комплекса высокобелковых сортов пшеницы и его влияние на качество хлеба 116
4.1.3 Качество хлеба из высокобелковых сортов пшеницы 125
4.2 Разработка технологии хлеба из муки высокобелкового сорта пшеницы Веда 131
4.2.1 Влияние способов внесения пектина на технологические параметры теста и качество хлеба 134
4.2.2 Влияние вида пектина и способов приготовления теста на ход технологического процесса и качество готовых изделий 134
4.2.3 Математическая модель формирования качества хлеба из высокобелковых сортов пшеницы селекции КНИИСХ 139
4.2.4 Разработка рецептуры хлеба «Южный» из муки пшеничной хлебопекарной первого сорта с использованием пектина 146
5 Использование культуры тритикале в технологии хлебопечения для повышения биологической и пищевой ценности 154
5.1 Изучение хлебопекарных и биохимических показателей качества зерна тритикале селекции КНИИСХ 168
5.1.1 Качество зерна новых и перспективных сортов тритикале 168
5.1.2 Исследование хлебопекарных свойств тритикалевой муки 168
5.2 Функциональная роль пектиновых веществ в технологии хлеба из тритикалевой муки 174
5.2.1 Влияние пектиновых веществ на качество клейковины муки из зерна тритикале 182
5.2.2 Исследование влияния различных видов пектина на хлебопекарные свойства тритикалевой муки из сорта Валентин 190
5.3 Разработка рецептур и технологии хлеба из муки тритикале 186
5.3.1 Влияние различных видов пектиновых веществ на качество хлеба 197
5.3.2 Разработка рецептур хлеба на основе муки тритикале 197
5.4 Комплексная оценка качества хлеба из муки тритикале 207
6 Пути обогащения хлеба натуральными БАД растительного происхождения 215
6.1 Технологические особенности нетрадиционного растительного сырья, как источника пектиновых и других биологически активных веществ 221
6.1.1 Пектиновые вещества плодов дикорастущих культур и их фракционный состав 221
6.1.2 Аналитические и физико-химические характеристики пектина и его комплексообразующая способность 221
6.1.3 Качество пектиновых экстрактов из плодов дикорастущих культур 224
6.2 Разработка технологии хлебобулочных изделий с ПЭ из плодов дикорастущих культур 231
6.2.1 Влияние пектинового экстракта на хлебопекарные свойства пшеничной муки 234
6.2.2 Влияние пектинового экстракта на активность жизнедеятельности дрожжевых клеток 234
6.2.3 Влияние вида пектинового экстракта на качество хлеба 240
6.2.4 Разработка рецептуры хлеба на основе пектинового экстракта 242
6.2.5 Влияние пектиного экстракта на микробиологические процессы при приготовлении теста и хлеба 251
7 Опытно промышленная апробация разработанных технологий 255
7.1 Промышленная апробация разработанных технологий 259
7.2 Оценка безопасности разработанных сортов хлеба 259
7.3 Оценка экономической эффективности разработанных технологических решений 260
Заключение 262
Используемая литература 269
Приложения 271
312
- Качество зерна и его роль в технологии хлеб функционального назначения
- Методика математического планирования эксперимента и обработка опытных данных
- Взаимосвязи признаков качества зерна и их информативность
- Влияние вида пектина и способов приготовления теста на ход технологического процесса и качество готовых изделий
Введение к работе
канд. техн. наук В.В. Гончар
1
-
-
Актуальность исследований. Одним из приоритетных направлений Государственной политики России является формирование системы здорового питания населения, что отражено в распоряжении Правительства РФ «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» утвержденного 25 октября 2010года (№ 1873-р). Особое внимание к данной проблеме вызвано ухудшением экологической обстановки и сравнительно низким пищевым статусом населения России.
Решение данной проблемы предполагается достичь путем оптимизации структуры питания населения, а именно за счет введения в рацион питания функциональных пищевых продуктов, которые могли бы удовлетворять физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии.
Анализ структуры питания населения показал, что хлеб и хлебобулочные изделия прочно занимают лидирующее место в питании. Это обусловлено с одной стороны уровнем жизни основных групп населения России и характером питания, а с другой тем, что продукты хлебной группы самые доступные и наиболее распространенные из массовых продуктов питания. Однако, традиционные сорта хлеба характеризуются недостаточной биологической и пищевой ценностью, поэтому необходим поиск путей их обогащения.
Известно, что о качестве хлеба можно судить задолго до его выпечки, так как оно зависит в первую очередь от качества, биологической и пищевой ценности зерна поступающего на хлебный рынок.
Весомый вклад в развитие научных основ качества зерна, как гаранта пищевой полноценности хлеба, внесли работы ученых Н.И. Вавилова, П.Н. Шибаева, А.И. Марушева, А.Я. Пумпянского, А.А Созинова, Н.Д. Тарасенко, Н.С. Беркутовой., Е.Д.Казакова, А.Т. Казарцевой, А.Ю. Шаззо и др.
Исследования, проводимые по повышению пищевой, биологической ценности хлеба, созданию новых технологий производства хлебобулочных изделий лечебно-профилактического назначения связаны с работами Л.Я. Ауэрмана, Л.В. Донченко, Р.К. Еркинбаевой, Н.В. Лабутиной, И.В. Матвеевой,
Автор выражает глубокую благодарность д.с.-х. н. Колесникову Ф.А., д.с.-х. н. Ковтуненко В.Я. за предоставленные образцы зерна пшеницы и тритикале для проведения исследований
Л.П. Пащенко, Р.Д. Поландовой, Л.И. Пучковой, И.М. Ройтера, Т.Б. Цыгановой, Л.Н. Шатнюк и др.
Вместе с тем проблемы производства высококачественного зернового сырья повышенной биологической ценности для хлебопекарной отрасли и ассортимента хлеба функционального назначения остаются актуальными.
Одним из определяющих факторов в разработке технологий хлеба функционального назначения является научно-обоснованный подход к сырью, качество которого обусловлено сортом зерновой культуры.
С внедрением в производство высокоурожайных сортов зерна пшеницы, значительно повысился валовой сбор зерна, но при этом резко сократилось содержание в нем белка. Поэтому особый интерес в решении проблемы растительного белка представляет направленная селекция на повышение белка в зерне пшеницы и тритикале с реализацией потенциальных возможностей сорта по урожаю, их внедрением в производство, а также разработка на их основе нового ассортимента хлеба обладающего повышенной биологической, пищевой ценностью и детоксикационными свойствами.
Повышение пищевой ценности и сорбционной способности хлеба возможно за счет вовлечения в продовольственный оборот дополнительных сырьевых растительных ресурсов, в том числе и плодов дикорастущих культур.
Исходя из этого, рассматриваемая в настоящей диссертационной работе проблема теоретических и практических научных основ производства хлеба функционального назначения, обладающего повышенной биологической, пищевой ценностью и детоксикационными свойствами, с использованием новых селекционных сортов зернового сырья, является актуальной и имеет важное практическое значение в современных условиях.
Актуальность темы научного исследования подтверждена включением её в Доктрину продовольственной безопасности Российской Федерации (2010г), и в виде отдельных научных проектов в государственные научно-технические программы: Минпромнауки и Минсельхоза РФ «Функциональные продукты питания (2001-2003гг). Представляемая к защите работа соответствует приоритетным направлениям науки и техники в рамках Федеральной целевой программы «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» (распоряжение правительства РФ от 6 июля 2006г., №977-р) и является составной частью НИР КубГАУ в рамках инновационной образовательной программы «Производство, переработка и сертификация растениеводческой продукции» (приказ Министерства образования и науки РФ № 118 от 19. 05. 2006 г.).
Официальным подтверждением актуальности данного научного направления является его включение в серию Государственных научно технических проектов РФФИ 2008-2009 гг. (Р - офи - 2008 юг №08-04-99043, №08-04-99044).
1.2 Цель исследований. Целью исследований явилось теоретическое обоснование и разработка технологий хлеба функционального назначения на основе анализа химического состава новых сортов зернового сырья и использования пектиновых веществ в качестве функционального ингредиента.
1.3 Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
– обоснование научной концепции производства хлеба функционального назначения с повышенной биологической, пищевой ценностью на основе использования муки из новых селекционных сортов зерна пшеницы и тритикале с применением пектиновых веществ в качестве функционального ингредиента;
– теоретическое и экспериментальное обоснование роли сорта в формировании качества и биологической ценности хлеба;
разработка оптимальной системы оценки качества зерна при создании новых высококачественных сортов с повышенной биологической ценностью;
– системное изучение технологических и биохимических показателей качества зерна новых высокобелковых сортов пшеницы и тритикале селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко с целью дальнейшего использования в хлебопекарной отрасли для улучшения качества, биологической и пищевой ценности хлеба;
– научно практическое обоснование разработки технологий и рецептур хлеба из муки зерна высокобелковых сортов пшеницы и муки из зерна тритикале для производства хлеба функционального назначения;
– исследование функциональной роли пектиновых веществ в технологии хлеба для управления технологическими свойствами полуфабрикатов и потребительскими свойствами готовых изделий;
– теоретическое и экспериментальное обоснование использования нетрадиционного растительного сырья для получения пектиновых экстрактов (плоды дикорастущих культур) с целью расширения сырьевой базы хлебопекарной промышленности функциональными ингредиентами пребиотического действия и придания хлебу детоксикационных свойств;
– проведение исследований по выявлению оптимальных режимов процесса тестоприготовления на основе результатов изучения газообразующей способности муки, силы муки, кислотности теста и качественных характеристик готового хлеба;
– получение математических моделей, отражающих влияние пектиновых веществ на основные характеристики качества хлеба;
– разработка комплектов технической документации (ТУ, ТИ, РЦ) на новые сорта хлеба из муки новых селекционных сортов зернового сырья и их опытно-промышленная апробация на хлебопекарных предприятиях;
– оценка экономической эффективности внедрения разработанных технологических решений.
1.4 Научная концепция. Научная концепция заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании комплексного подхода к созданию хлеба функционального назначения на основе результатов исследований качественных показателей и биологической ценности зерна в зависимости от его сортовых особенностей; изучения влияния вносимых функциональных ингредиентов на хлебопекарные свойства муки, качество и сорбционную способность хлеба; разработки технологий производства целевого продукта.
1.5 Научная новизна работы. Теоретически установлено и экспериментально доказано, что определяющими факторами при разработке технологий хлеба функционального назначения, являются качественные показатели и биологическая ценность зерна в зависимости от его сорта, функциональные свойства вносимых ингредиентов и технологические параметры готового продукта.
На основе результатов исследований качественных характеристик зерна мировой коллекции пшеницы и тритикале выделены 69 коллекционных сортообразцов, представленных широким географическим разнообразием (Россия, Украина, Венгрия, Чехия, Словакия, Румыния, Болгария, Польша, Япония, США), характеризующихся высоким содержанием массовой доли белка, клейковины и показателем седиментации, разработана оптимальная система оценки технологических свойств зерновых культур при создании сорта.
На основе установленной взаимосвязи между 32 показателями качества зерна и их информативности с помощью статистических методов факторного и путевого анализов выделены 12 показателей, несущих основные факторные нагрузки при формировании качества и биологической ценности зерна.
Результаты полной технологической оценки качества зерна 8 сортов пшеницы (Безостая 1, Соратница, Победа 50, Дея 9, Обрий, Веда, Виза, Файл) показали перспективность новых сортов Веда, Виза, Файл имеющих массовую долю белка 14,3 – 14,8%, что обуславливает высокие физические свойства теста.
Выявлено, что на газообразующую способность муки из зерна этих сортов пшеницы лимитирующее влияние оказывает активность амилолитических ферментов, что является причиной низкого объема хлеба.
На основании результатов полной сравнительной технологической оценки качества зерна 6 сортов тритикале (Союз. Авангард, Прорыв, Мудрец, Валентин 90, Учитель) установлено, что сорта Авангард и Валентин 90 имеют хорошие хлебопекарные свойства, близкие по качеству сортам пшеницы с ржаной транслокацией 1В/1R - Яшкулянка и Красота.
Впервые установлено, что по фракционному составу белок муки из новых высокобелковых сортов озимой мягкой пшеницы Веда, Виза, Файл отличается от белков муки, полученной из зерна сортов Безостая 1, Соратница, Победа 50. В муке из зерна сортов пшеницы формирующих высокое содержание белка доля водо- и солерастворимой фракций в общем белке выше. Экспериментально доказано и теоретически обосновано на основе результатов математического анализа влияние водорастворимой фракции белка на объемный выход хлеба.
Выявлено повышенное содержание лимитирующих незаменимых аминокислот таких как лизин, треонин, метионин в муке первого сорта из зерна пшеницы Веда в сравнении с аминокислотным составом муки из зерна пшеницы Соратница.
Установлено, что фракционный состав белка муки тритикале отличается от фракционного состава белка муки пшеничной. В белке муки сорта Валентин 90 альбуминовая и глобулиновая фракции составляют 36%, проламиновая - 34%, глютелиновая - 19%, в муке пшеничной сорта Соратница 28%, 22%, 32% соответственно.
Впервые показано положительное влияние пектина на формирование потребительских свойств и физиологической ценности хлеба из муки высокобелкового сорта пшеницы Веда селекции Краснодарского НИИСХ.
Теоретически и экспериментально обоснована технология производства хлеба из муки тритикале на основе целенаправленного изучения белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов шести сортов тритикале Союз, Авангард, Прорыв Мудрец, Валентин 90, Учитель с применением пектиновых веществ для придания хлебу детоксикационных свойств.
Рассчитана комплексная оценка качества новых сортов хлеба «Весенний», «Университетский» из муки тритикале и определена его сорбционная способность.
Экспериментально доказана эффективность применения в рецептурах хлеба сухого пектина, позволяющего регулировать реологические свойства теста в направлении увеличения его стабильности и эластичности.
Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения пектиновых экстрактов из плодов дикорастущих культур с низкой степенью этерификации и установлена эффективность их применения в технологии хлеба как сорбентов.
Получены математические модели, позволяющие определять оптимальные дозировки пектиновых веществ для регулирования объемного выхода хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы и муки тритикале.
Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретения.
1.6 Практическая значимость. Усовершенствована система поэтапной оценки качества зерна с учетом информативности, значимости и стабильности показателей качества, используемая в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко при создании высококачественных сортов, что позволило увеличить объем изучаемых линий и сортов в 2,6 раза.
Разработаны и запатентованы новые технологии и композиции для приготовления теста, позволяющие вырабатывать хлеб функционального назначения высокой биологической и пищевой ценности, одновременно обладающего детоксикационными свойствами (патенты РФ № 2275028, 2267930, 2308194, 2316964, 2316965, 2319382, 2333648, 2341084).
Разработаны комплекты технической документации на хлеб из муки пшеничной первого сорта полученной из зерна сорта Веда, характеризующегося высоким содержанием белка: «Пектиновый» (ТУ 9114-002-45975963-05), «Южный» (ТУ 9114-128-0493202-09); из муки тритикале: «Весенний» (ТУ 9114-044-0493202-02), «Университетский» (ТУ 9114-043-0493202-02); из муки общего назначения М 75-23 «Богатырский» (ТУ 9114-104-0493202-07), «Облепиховый» (ТУ 9114-088-0493202-07), «Ягодка» (ТУ 9114-080-0493202-07) - на основе пектиновых экстрактов из плодов дикорастущих культур.
Выработаны опытные партии разработанных сортов хлеба функционального назначения на хлебопекарных предприятиях г. Краснодара и Краснодарского края (УНИК «Технолог» КубГАУ, ЭНПК КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко, хлебозавод №1 г. Краснодара, ООО «Русь», ПБЮЛ Чепелев, фирма «Anmar Kft» - Венгрия).
Теоретические положения работы вошли составной частью в учебные пособия «Высокие технологии АПК», «Технология функциональных продуктов питания» и использованы в учебном процессе при чтении лекций «Технология хлебобулочных и макаронных изделий», «Технология функциональных продуктов питания», «Высокие технологии АПК», в курсовом и дипломном проектировании по специальности 110305.65.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных конференциях
(Майкоп 2001; Краснодар 2004, 2005, 2006); на всероссийских конференциях (Мироновка 1988; Москва 1989; 1990, 1995; Майкоп, 2001; Санкт-Петербург, 2001; Краснодар, 2004, 2005, 2008; 2009; Магнитогорск, 2007); на международных конференциях (Киев, 2000, 2007; Краснодар, 2000, 2001, 2002, 2003, 2005, 2009; Москва, 2002; Воронеж, 2003; Мичуринск, 2007; Тольятти, 2007; Могилев 2007; Минск 2008, Пятигорск 2010); на ежегодных научно-практических конференциях Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2000-2010).
Результаты научных разработок экспонировались на международных и всероссийских выставках и награждены: золотой медалью на российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2003 г., 2008 г., 2009); серебряной медалью и дипломом II степени на VII «Международном салоне инноваций и инвестиций» (г. Москва, 2007 г.)
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 86 научных работ, в том числе монография, 2 учебных пособия, 32 статьи, в том числе 23 научных статьи, опубликованных в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 43 материалов докладов, получено 8 патентов РФ на изобретения.
Под руководством диссертанта выполнена и защищена кандидатская диссертация Н.С. Храмовой (2008 г.). Результаты совместных исследований вошли составной частью в кандидатскую диссертацию С.А. Гриценко (2003 г.); которая выполнялась при консультации диссертанта.
1.9 Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения; аналитического обзора информационной и патентной литературы; методической части, включающей материалы и методы исследования; экспериментальной части; заключения и приложения. Основная часть работы изложена на 311 страницах компьютерного текста и содержит 94 таблицы и 48 рисунков.
Качество зерна и его роль в технологии хлеб функционального назначения
Анализ состояния пищевого статуса населения России показал, что отмечена тенденция снижения потребления пищевых источников энергии и белка, это дает основание говорить о необходимости обогащения продуктов массового спроса жизненно необходимыми нутриентами и в первую очередь хлеба, как социально необходимого продукта [81, 229, 279, 280].
Во взаимосвязанной цепи зерно - мука - хлеб первостепенное значение отводится качеству и биологической ценности зерна, которые непосредственно зависят от селекции, о чем отмечают многие исследователи [20, 31, 62, 79].
Краснодарский край один из крупнейших и стабильных производителей зерна. Объемы его производства позволяют выходить на внешний рынок, где формирование товарных партий и торговые операции с зерном осуществляются с учетом содержания белка, как показателя гарантирующего пищевую ценность и качество будущего хлеба [34, 54].
В связи с этим одним из приоритетных направлений активизации работы в селекции сортов является совершенствование системы оценки качества зерна, как в процессе создания сорта, так и в части гармонизации отечественных стандартов по зерну и муке с мировыми. Следует отметить, что необходимость решения данной проблемы продиктована еще и подготовкой России к вступлению в ВТО. Проблема качества и безопасности продуктов питания приобретает особую актуальность не только в России, но и во всем мире [345].
И поэтому не случайно, научно-технической программой развития хлебопродуктового комплекса нашей страны, предусмотрена селекция новых высокопродуктивных сортов зерна с оптимальными технологическими, мукомольными и хлебопекарными свойствами; создание методов улучшения хлебопекарных свойств зерна и муки на всех стадиях производства; разработка новых методов оценки качества зерна, муки и хлебобулочных изделий, что является совокупностью гарантий производства хлебной продукции функционального назначения высокого качества.
Известно, что о качестве хлеба можно говорить задолго до его выпечки - оно закладывается еще при выращивании зерна, а потом при его хранении и помоле. Поэтому, с уверенностью можно сказать, что проблему качества и безопасности хлеба нужно решать на всех стадиях производства, включая селекцию, агротехнику, переработку зерна, и выпечку хлеба.
На современном рынке хлебобулочных изделий можно наблюдать расширенный ассортимент продукции. В том числе и функционального назначения, что достигается использованием различных добавок, технологических способов и приемов. Однако при этом не следует забывать об использовании природных качеств самого зерна, которое уникально по своему химическому составу и содержит практически все органические элементы необходимые для жизнедеятельности человеческого организма [338, 348].
Следовательно, для научно - обоснованного производства хлеба функционального назначения с точки зрения содержания в нем полезных веществ необходимо в первую очередь контролировать химический состав и качество зернового сырья. Качество зерна, хотя и зависит от природы, но в значительной мере определяется сортом [132]. Поэтому при создании сорта необходимо контролировать показатели качества зерна, отвечающие за биологическую и пищевую ценность.
Контроль качества зерна в процессе селекции позволит создать новые высокобелковые сорта пшеницы с высокой продуктивностью и поможет решить проблему дефицита белка в рационе питания населения . Высокое качество зерна пшеницы издавна привлекало внимание селекционеров и служило критерием оценки вновь созданных форм. Еще в 1912 году на втором съезде селекционеров была принята резолюция организации испытаний мукомольно-хлебопекарных качеств зерна пшеницы.
В это время используются в основном внешние признаки качества -стекловидность, выполненность, крупность, форма. Химические показатели -содержание белка, клейковины, зольность используются меньше из-за большой сложности и дороговизны определения [207, 321].
В период с 1929г. по 1931г. качеству зерна и его химическому составу уделяется первоочередное значение. Для оценки качества зерна начинают использовать пробные лабораторные выпечки [37, 199, 200, 205, 336]. После второй мировой войны качеству зерна сортов уделяли меньше внимания, чем урожайности. Однако с 50-х годов эта проблема стала одной из главных [127,187,190]. По мнению многих выдающихся селекционеров, селекция на качество должна быть такой же эффективной, как и селекция на урожай [192, 215, 245, 246].
По мере развития науки о зерне возросло и количество показателей, усложнилась система, характеризующая технологические качества и питательную ценность зерна. В современных условиях развития с выходом на мировой зерновой рынок, а также новых тенденций в работе мукомольных и хлебопекарных предприятий предъявляются и новые требования к качеству зерна[54].
Наряду с высокими мукомольными свойствами, характеризующимися большим содержанием эндосперма и его легкой вымалываемостью, крайне важно, чтобы из муки получалось тесто, сохраняющее при механической обработке хорошие физические свойства, дающее высокачественный и питательный хлеб. Из показателей физических и биохимических свойств зерна большое значение имеют натура, масса 1000 зерен, стекловидность, содержание белка, клейковины и ее качество.
Методика математического планирования эксперимента и обработка опытных данных
Для математической обработки экспериментальных данных и планирования эксперимента исследований использовали современные статистические пакеты Microsoft office Excel 2003 и Statistica 6.0 for Windows [107] с учетом статистической достоверности результатов измерений. Статистический анализ помогает «уплотнить информацию», и дает возможность получить краткую и наглядную информацию, характеризующую большое количество экспериментальных данных в виде обобщенных параметров совокупности: средней арифметической, дисперсии и т.д. Экспериментальные результаты исследований, полученные измерением, представляют статистическую совокупность. Для характеристики генеральной совокупности по выборочным данным вычисляются параметры распределения. По мере увеличения объема выборки распределение многих признаков стремится к нормальному. Предположение о нормальности является основой большинства статистических методов. При обработке экспериментальных данных технологических показателей качества зерна полученных для создания оптимальной системы оценки качества зерна исходили из закономерностей нормального распределения значений измеряемой величины. Так как показатели качества являются количественными признаками, то они подвержены изменчивости, т.е. под действием тех или иных факторов варьируют. Нормальное распределение значений измеряемых величин определяли по уравнению Гаусса-Лапласа [107, 269] где а - истинное значение определяемой величины; х- значение полученное при измерении; 5 —дисперсия или средний квадрат отклонения случайной величины X. Уровень доверительной вероятности при вычислениях доверительных интервалов принимался равным 0,95. Когда строили доверительные интервалы для генерального среднего то принимали, что PL = а/2 и Р2 = 1 - Pi = 1- а/2. Соответствие эмпирического распределения теоретическому непрерывному распределению F(x) проводили по критерию согласия Колмогорова—Смирнова. Для всех объемов выборки п критерий Колмогорова - Смирнова имел вид: В этом случае критические значения Ла были: Я0, = 0,82; Л005 = 0,89; Я0,01 = 1,04 Уравнение Гаусса-Лапласа справедливо при большом числе наблюдений - свыше 30. В технологических же исследованиях приходится иметь дело и с небольшим числом наблюдений, с малыми выборками из генеральной совокупности , в этом случае пользовались t- распределением Стьюдента, которое зависит только от объем а выборки, или точнее от степени свободы ряда / К=п - 1/. Кривые распределения Стьюдента по форме напоминают кривые нормального распределения, но при малых значениях степеней свободы /п-1/ они гораздо медленнее сближаются с осью абсцисс. Методы обработки экспериментальных данных в разделах по разработке технологии хлеба базировались на t - распределении Стьюдента. При оценке существенности различий между опытными данными и определении доверительных границ, заключающих наиболее достоверное значение измеряемой величины, мы исходили из критерия t и уровня значимости Р. В технологических исследованиях считается достаточным опираться на уровень вероятности а, равный 0,95 или 95% .
Следовательно за достоверные события, принимались такие, вероятность возникновения которых равна 0,95 или больше. Вероятность противоположного события, которым можно пренебрегать в данном исследовании, называется уровнем значимости Р. Достоверность различия, вывода или заключения считалась доказанной, когда а =0,95, т.е. составляла 95 шансов из 100, но в том случае когда ему отвечает уровень значимости Р = 0,05 или меньший, т.е против данного утверждения или различия не более 5 шансов из 100. Следовательно, выдвинутое из данных эксперимента положение является достоверным. результатов исследования Экспериментальные данные полученные при проведении исследований подвергались обработке корреляционным и линейным регрессионным анализами. Для обработки данных применяли программные средства, в основу которых заложена математическая статистика [78] . Качество зерна, муки характеризуется множеством взаимодействующих друг с другом показателей. Поэтому представляла интерес оценка взаимосвязи конкретного показателя с множеством других учитываемых на одних и тех же объектах (сортах). Для вычисления значений множественного коэффициента корреляции показателей качества зерна, муки и хлеба составлялась матрица результатов наблюдений: где n-количество опытов; р-количество факторов; хп -значения j-го фактора для і-го опыта; Y п -значения функции отклика для і-го опыта. Стохастическую связь между функцией отклика (Y) и фактором (Хп) устанавливали по коэффициенту парной корреляции, который определяли по формуле: X Тесноту связи между функцией отклика Y и факторами Хх,Х2,...,Х},..р определяли по коэффициенту множественной корреляции R(0 R 1). Для расчета множественного коэффициента корреляции R использовалась матрица: У полученных коэффициентов коррееляции оценивалась статистическая значимость. Для чего проводилась проверка нулевой гипотезы Но: г = 0(R = 0), п0 t-критерия Стьюдента. При выполнении неравенства, нулевая гипотеза отвергалась (7)
Взаимосвязи признаков качества зерна и их информативность
При оценке качества зерна, как селекционного материала, так и товарных партий используется порой более тридцати показателей. Многие методы их определения отличаются высокой сложностью. Требуют больших затрат труда и средств. Между тем известно, что многие показатели качества в значительной мере перекрывают друг друга. В этой ситуации попытка выразить множество показателей через меньшее их число приобретает особо важное и решающее значение при постоянно возрастающем объеме работ по изучению качества зерна. Использование с этой целью статистического метода - факторного анализа позволяет свести большое количество данных к возможно более простой оценке с минимальной потерей информации [299]. Для этих целей нами использовался анализ главных компонент (один из вариантов факторного анализа), который позволяет заменить исходное множество наблюдаемых признаков небольшим числом ортогональных независимых скрытых переменных главных компонент, значения которых вычисляются для каждого объекта. Как правило, наибольшее значение имеют первые 3-5 главных компонент, они же поддаются и более содержательной интерпретации. Данный анализ был использован при изучении взаимосвязи и информативности признаков качества зерна озимой мягкой пшеницы. Структура изменчивости изучалась методом главных компонент по всему набору показателей как отдельно по годам 1984, 1985, 1986г.г. (приложение А табл.1), так и в совокупности. Следует отметить, что погодные условия в период налива и созревания зерна существенно различались [124]. Усредненные данные показателей качества зерна пшеницы за три года (1984-1986 гг) исследований представлены в таблице 3.2. Проведенный анализ по комплексу признаков качества зерна 69 коллекционных сортообразцов пшеницы и статистическая обработка полученных данных говорят о широком качественном разнообразии материала. Расчет коэффициентов корреляции между показателями качества зерна трех лет 1984-1986гг (приложение А табл. 2) подтвердил независимость переменных и дал дополнительную информацию о взаимосвязи отдельных признаков.
Наивысшие коэффициенты корреляции получены между показателями физических свойств теста, определяемых на фаринографе и хлебопекарными свойствами, между содержанием белка и содержанием клейковины в муке и зерне. Взаимосвязь качества клейковины муки и зерна с показателями фаринографа (разжижение, валориметрическая оценка), альвеографа (упругость), экстенсографа (упругость) и показателями качества хлеба дает основание считать качество клейковины наиболее информативным признаком. Из показателей, определяемых на альвеографе, наиболее тесно связана с физическими свойствами теста, определяемыми на фаринографе, а также с качеством клейковины и даже стекловидностыо не сила муки, а ее слагаемое — упругость теста (Р). Хлебопекарные свойства, которые определяются на поздних этапах селекции, зависят в наибольшей степени от качества клейковины, разжижения теста и валориметрической оценки. По результатам исследований Тарасенко Н.Д. [276]., проведенных ранее в лаборатории технологи зерна КНИИСХ, установлена тесная взаимосвязь между показателями седиментации и силы муки. Однако отмечена, изменчивость седиментации от условий выращивания и, как следствие, нарушение взаимосвязи с силой муки. Подтверждением являются и результаты данной работы, где коэффициенты корреляции между ними были довольно низкие и варьировали по годам: 1984 г. — г = 0,253; 1985 г. - г = 0,607; 1986 г. - г = 0, 430.
Такие отклонения учитываются при оценке и браковке селекционного материала на ранних этапах селекции, где широко используется показатель седиментации как косвенный метод оценки и браковки, образцов по силе муки. В целом, анализируя полученную корреляционную матрицу, еще раз находим подтверждение сложности взаимосвязи всех изучаемых признаков качества зерна, входящих в комплекс полной технологической оценки. Вышеуказанные статистические характеристики изучаемого материала составляют определенный базис факторного анализа. В факторном анализе парные коэффициенты корреляции - исходная матрица, которая является отображением, а ее элементы - факторными нагрузками. Факторизация 32 показателей качества зерна мягкой пшеницы и тритикале позволила выявить скрытые закономерности связей. Так, в первом факторе сгруппировались показатели, характеризующиеся протеиназным комплексом, во втором — признаки, связанные с накоплением белка, третий фактор характеризует признаки связанные с газоудерживающей способностью, четвертый - структурой эндосперма, пятый — углеводно амилазным комплексом. Под влиянием средовых факторов характер взаимосвязи между показателями технологических свойств зерна был в основном нестабильным, как и величина нагрузок в факторной системе. Структура же первого (реологические свойства теста) и второго (массовая доля белка и клейковины) факторов практически не изменялась, и суммарная дисперсия их составляла 45-48%.
Влияние вида пектина и способов приготовления теста на ход технологического процесса и качество готовых изделий
Предварительные исследования показали, что при создании новых сортов пшеницы в селекции необходимо обращать внимание не только на высокое содержание белка, но и на показатели, характеризующие углеводно-амилазный комплекс, от которого зависит качество будущего хлеба. Углеводно-амилазный комплекс влияет на технологический процесс приготовления хлеба и зависит от активности амилолитических ферментов, которые обусловливают процесс газообразования в конце брожения теста, в процессе расстойки и в начальной фазе выпечки. Таким образом, для выработки качественного хлеба из высокобелковых сортов пшеницы необходимо принятие технологических решений, позволяющих вырабатывать хлеб в соответствии с требованиями стандартов. Анализ литературных данных и ранее проведенных исследований, а также рынка пищевых добавок позволил принять решение об использовании товарного пектина в разработке технологии хлеба из высокобелковых сортов пшеницы.
Поэтому дальнейшие исследования были посвящены выбору технологии по производству хлеба с пектином с последующей оценкой его качества Для повышения газообразующей способности теста было принято решение о введении пектина в рецептуру хлеба, как дополнительного компонента, поскольку он является полисахаридом и способен активизировать работу дрожжевых клеток, и совершенно безупречен с точки зрения физиологии питания. В связи с этим был спланирован эксперимент по способу внесения пектина в тесто. Были предусмотрены варианты: Вариант 1 - Контроль. Вариант 2 - Сухой пектин 0,2 % к массе муки, замачивался в воде в соотношении 1:25 с температурой 30 - 40 в течение 30 минут. Вариант 3 - Сухой пектин вносили 0,2 % к массе муки в сухом виде. Вариант 4 - Сухой пектин 0,2 % к массе муки, замачивался в 1 % солевом растворе в течение 30 минут. Вариант 5 - Сухой пектин смешивали с солью в соотношении 1:3, а затем растворяли в воде. Вариант 6 - Сухой пектин 0,2 % к массе муки, вносили при активации дрожжей. Для этого готовили 5 % раствор сахара. Контролем служила проба без внесения пектиновых веществ. Была принята оптимальная дозировка пектина 0,2% к массе муки, которая была взята на основании литературных данных и ранее проведенных нами исследований. Для определения влияния способа внесения пектина на свойства теста, его газообразующую способность и кислотонакопление, тесто готовили безопарным способом.
При определении ГОС за 5 часов брожения теста, в зависимости от варианта опыта были получены различные данные. Графическая интерпретация полученных результатов ГОС представлена на рисунке 4.11. Следует отметить, что в вариантах 2, 5 и 6 отмечена высокая газообразующая способность, по сравнению с остальными вариантами эксперимента. Наибольшее значение ГОС 1750 CMJ СО, отмечено при перетирании пектина с солью и последующим растворением в воде. Результат с предварительной активацией пектина в 5% сахарном растворе также дал высокий результат - ГОС муки 1700 см С02. На рисунке 4.12 представлена графическая интерпретация процесса кислотонакопления. Из рисунка видно, что при внесении сухого пектина процесс кислотонакопления идет активнее по сравнению с контролем. Сравнивая образцы с различными способами внесения пектина, можно наблюдать, что в образцах с пектином при активации дрожжей процесс кислотонакопления идет активнее.
Похожие диссертации на Теоретическое обоснование и разработка технологий хлеба функционального назначения
-
